Nissan espère que ses batteries à semi-conducteurs pour véhicules électriques ne nécessiteront aucun refroidissement

Nissan est l’un des nombreux constructeurs automobiles qui considèrent la technologie des batteries à semi-conducteurs comme un potentiel révolutionnaire pour les véhicules électriques au cours de la prochaine décennie. En interne, il prévoit d’affiner le développement de cellules de batterie à semi-conducteurs (ASSB) et de déterminer comment les fabriquer, la technologie devant devenir un véhicule électrique de production d’ici 2028.

Si tout se passe bien, Nissan souhaite s’appuyer sur la technologie pour permettre à davantage de types de véhicules (en particulier les SUV, les camions et les fourgonnettes) d’être 100 % électriques d’ici la fin de la décennie.

Cela semblait être l’essence du concept Hyper Tourer que Nissan a présenté au salon automobile de Tokyo la semaine dernière, suggérant une batterie à semi-conducteurs très fine et plate sous le plancher, permettant une croisière longue distance sans compromettre les performances.

Contrairement à la technologie actuelle des cellules lithium-ion dans les véhicules électriques, Nissan vise à doubler efficacement la densité énergétique au niveau du pack, tout en réduisant de deux tiers le temps de Charge rapide.

Dans le même temps, la chimie des batteries lithium-ion et d’autres types de batteries évolue et s’améliore. Lors d’une table ronde la semaine dernière au salon de l’auto de Tokyo, Kazuhiro Doi, responsable mondial de la R&D chez Nissan, a déclaré à Green Car Reports que la technologie des cellules à semi-conducteurs ne peut pas simplement être une amélioration progressive par rapport au lithium-ion.

Pour atteindre ces objectifs, a souligné Doi, il devrait idéalement fonctionner sans aucun type de refroidissement.

L’état solide devient chaud et ce n’est pas grave

« Dans le cas de l’ASSB, nous pouvons peut-être éliminer le refroidissement », a-t-il déclaré, soulignant que la conception finale n’a pas encore été définie, mais que l’objectif est de l’éviter complètement.

Comme Doi l’a confirmé à certaines personnes qui ont surpris et vérifié Green Car Reports, cela signifie qu’il n’y aura pas de refroidissement par eau, pas de refroidissement par air forcé, et même pas de refroidissement passif, certainement différent de ce que certains constructeurs automobiles ont suggéré.

C’est un sujet un peu chargé. Nissan a sous-estimé les besoins de refroidissement des cellules de batterie d’origine utilisées dans la Nissan Leaf, qui se dégradaient rapidement par temps chaud lorsqu’elles étaient garées sur de l’asphalte chaud ou lorsqu’elles étaient chargées rapidement et trop fréquemment. Un changement ultérieur dans la chimie de la batterie en 2015 a permis de résoudre ce problème, et la dégradation de la batterie Leaf s’est bien améliorée depuis lors.

Se débarrasser du système de refroidissement par eau encombrant des autres véhicules électriques modernes était un objectif des ingénieurs de développement. Mercedes a envisagé le refroidissement par air dans son récent concept EQXX, annonçant sa nouvelle génération de véhicules électriques (toujours dotés de cellules lithium-ion), et a finalement décidé de ne pas le faire.

Mais Nissan a déjà plus d’expérience pratique avec cette technologie, et la raison pour laquelle les ASSB ne refroidissent pas est simple : il est normal qu’elles fonctionnent à une température beaucoup plus élevée que ce qui serait considéré comme normal pour d’autres batteries de véhicules électriques, et les cellules ont une large plage de température. : de la température ambiante à 100 degrés C ou 212 degrés F.

Pour conserver son avantage sur les produits chimiques lithium-ion et que tout le développement en vaille la peine, Nissan devra alors disposer d’un produit supérieur qui ne repose pas sur le refroidissement, a encore souligné Doi.

Pour la plupart des cellules lithium-ion, le seuil de température est d’environ 60 C ou 140 F, et les temps de charge rapides sont limités pour empêcher la température de la cellule d’approcher cette température. Sans trop se soucier de la température, les cellules à semi-conducteurs de Nissan pourraient être chargées à près de 100 % en 15 minutes environ.

Nissan estime que les semi-conducteurs seront les premiers à croître

L’état solide pourrait être applicable à tous les types de véhicules. Tandis que certaines entreprises (Toyota, par exemple) ont laissé entendre que les cellules à semi-conducteurs pourraient apparaître pour la première fois dans les hybrides. Nissan estime qu’il existe un type de modèle qui a le plus de sens de passer d’abord à l’état solide : les grands véhicules entièrement électriques à longue autonomie.

Doi a expliqué que les camions, les fourgonnettes et les SUV nécessitent beaucoup plus d’énergie, « mais si nous l’utilisons aujourd’hui avec la technologie des batteries lithium-ion, la taille est énorme ». Supprimer le système de refroidissement de l’équation signifierait un emballage plus petit et beaucoup moins de complexité pour la batterie, ce qui lui permettrait de libérer de l’espace pour des véhicules plus spacieux ou, potentiellement, une plus grande autonomie et moins de masse.

Jongler entre puissance, sécurité et cycle de vie

Cette fois-ci, Nissan doit dès le départ définir correctement la composition de la batterie, et il reste encore des obstacles à surmonter en termes de longévité. Dans une situation de laboratoire avec des cellules de test étendues, environ 200 cycles sont observés, ce qui n’est pas encore suffisant pour un véhicule électrique de série.

Après avoir d’abord travaillé en laboratoire avec des cellules monocouches d’à peine 2 cm de large, Nissan prévoit toujours de mettre en place une ligne pilote pour des cellules d’environ 10 cm de large en 2024. La cellule de production réelle sera « beaucoup plus grande » que cela, a déclaré Doi. Nissan prévoit de fabriquer des cellules de plus grand format dans l’usine pilote, tout en déterminant la taille de l’usine dont elle pourrait avoir besoin pour augmenter la production.

Comme Doi l’avait déjà dit, Nissan intègre ses propres tests de perçage de clous et d’imagerie aux rayons X dans ses études sur les cellules à semi-conducteurs, qui seront soumises à des tests rigoureux de sécurité et de durabilité. La Nissan Leaf n’a connu aucun cas d’incendie ou de fuite thermique et construit ces nouvelles cellules avec les mêmes priorités de sécurité.

La technologie à semi-conducteurs de Nissan bénéficie d’un partenariat avec la NASA et l’Université de Californie à San Diego dans lequel des techniques d’intelligence artificielle ont permis de choisir la meilleure couche intermédiaire pour empêcher la croissance de dendrites de lithium qui pourraient éventuellement se rompre, provoquant un court-circuit dans les cellules. . L’électrolyte à forte teneur en ions a été choisi pour sa stabilité, et l’anode pour son potentiel de puissance élevé.

Mais il n’a pas encore fini d’installer les cellules et ne peut pas encore leur donner de spécifications. Les performances des cellules ne sont pas seulement déterminées par la chimie, mais également par les couches cathodiques et anodiques, a expliqué Doi. Une cathode plus épaisse produira une plus grande densité d’énergie mais ralentira également les taux de charge. « Nous devons d’abord corriger la chimie, et une fois que nous l’aurons corrigé, nous pourrons estimer les performances par cellule », a-t-il déclaré.

Évolution de la technologie du solide

Doi a également souligné qu’il y aurait beaucoup d’évolution en chimie. L’ajout de nickel pour la densité énergétique et l’autonomie dans les cellules lithium-ion en est un exemple, a-t-il déclaré, et la même chose se produira pour l’état solide.

Mis à part l’ASSB, les produits chimiques riches en manganèse et en soufre constituent le deuxième meilleur espoir, dit Doi. « Nous pouvons alors l’utiliser même pour les petites voitures ; je pense que le potentiel est très attractif », a-t-il déclaré.

Nissan vise un coût de seulement 75 dollars par kWh pour les cellules à semi-conducteurs, ce qui pourrait les mettre au niveau des cellules lithium-ion d’ici la fin de la décennie. Si vous pouvez utiliser l’ASSB pour des véhicules plus gros, la solution idéale pour les véhicules électriques plus petits pourrait être une combinaison de ces produits chimiques avec des semi-conducteurs, une solution encore moins chère et moins gourmande en ressources, sans les défis du cycle de vie. Cependant, le temps de recharge d’une telle combinaison reste à déterminer.